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幾種常見液位開關(guān)的原理
2019-10-22
液位開關(guān)是目前較為常見的一種液位測量儀表，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、食品、醫(yī)藥、石油等行業(yè)。但由于各個行業(yè)的工況復(fù)雜多樣，對液位開關(guān)的需求也各不相同，為滿足需求，市場上也有各種不同的液位開關(guān)與之相適應(yīng)。目前，比較常見的液位開關(guān)有：音叉液位開關(guān)、浮球液位開關(guān)、光電液位開關(guān)、電極式液位開關(guān)等。盡管同為液位開關(guān)，但其工作原理卻大相徑庭。下面，就幾種常見的液位開關(guān)的原理介紹如下，希望對儀表用戶有所幫助。
音叉液位開關(guān)是通過安裝在基座上的一對壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動，當(dāng)音叉液位開關(guān)的音叉與被測介質(zhì)相接觸時，音叉的頻率和振幅將改變，音叉液位開關(guān)的這些變化由智能電路檢測、處理并將之轉(zhuǎn)換為一個開關(guān)信號，達到液位報警或控制的目的。
在實際應(yīng)用中，為能將音叉伸到罐內(nèi)，通常使用法蘭或者帶螺紋的工藝接頭將音叉液位開關(guān)安裝在罐體的側(cè)面或頂部。
2．浮球液位開關(guān)
浮球液位開關(guān)的結(jié)構(gòu)是基于浮力和靜磁場原理設(shè)計的，帶有磁體的浮球（簡稱浮球）在被測介質(zhì)中的位置受浮力作用影響，液位的變化會導(dǎo)致磁性浮子位置的變化。浮球中的磁體和傳感器（磁簧開關(guān)）作用，產(chǎn)生開關(guān)信號。
3．超聲波液位開關(guān)
利用超聲波在空氣和液體中的傳播特性來檢測液體的液位。由于換能器表面材料的聲阻抗(聲阻抗Z=密度ρ*聲速C)與空氣的聲阻抗相差巨大，聲波在空氣中的發(fā)射、接收困難；而且聲波在氣體中傳播時的衰減也比液體中大得多，因此，聲波在空氣中傳播時幾乎沒有信號，但在液體中傳播的信號卻很強。通過檢測聲波接收信號的大小或強度可以用來檢測液位。
4．阻旋式液位開關(guān)
物料對旋轉(zhuǎn)葉片的阻旋作用，使開關(guān)的過負載檢測器動作，繼電器發(fā)出通、斷開關(guān)式信號，從而使外接控制電路發(fā)出報警信號，同時控制給料機。當(dāng)開關(guān)作為高位控制時，在物料觸及葉片的情況下，開關(guān)發(fā)出報警信號，同時停止給料機。當(dāng)開關(guān)作為低位控制時，在物料離開葉片的情況下，開關(guān)發(fā)出報警信號，同時啟動給料機。
5．射頻導(dǎo)納液位開關(guān)
射頻導(dǎo)納物位控制技術(shù)是一種從電容式物位控制技術(shù)發(fā)展起來的，防掛料、更可靠、更準(zhǔn)確、適用性更廣的物位控制技術(shù)，“射頻導(dǎo)納”中“導(dǎo)納”的含義為電學(xué)中阻抗的倒數(shù)，它由阻性成分、容性成分、感性成分綜合而成，而“射頻”即高頻，所以射頻導(dǎo)納技術(shù)可以理解為用高頻測量導(dǎo)納。
高頻正弦振蕩器輸出一個穩(wěn)定的測量信號源，利用電橋原理，以精確測量安裝在待測容器中的傳感器上的導(dǎo)納，在直接作用模式下，儀表的輸出隨物位的升高而增加。
射頻導(dǎo)納技術(shù)與傳統(tǒng)電容技術(shù)的區(qū)別在于測量參量的多樣性、驅(qū)動三端屏蔽技術(shù)和增加的兩個重要的電路。射頻導(dǎo)納技術(shù)由于引入了除電容以外的測量參量，尤其是電阻參量，使得儀表測量信號信噪比上升，大幅度地提高了儀表的分辨力、準(zhǔn)確性和可靠性、測量參量的多樣性，也有力地拓展了儀表的應(yīng)用范圍。
6．電容式液位開關(guān)
電容式液位開關(guān)是根據(jù)固體物料的物位高低變化導(dǎo)致探頭被覆蓋區(qū)域大小發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電容值發(fā)生變化，探頭與罐壁（導(dǎo)電材料制成）構(gòu)成一個電容。當(dāng)探頭處于空氣中時，測量到的是一個小數(shù)值的初始電容值。當(dāng)罐體中有物料注入時，電容值將隨探頭被物料所覆蓋區(qū)域面積的增加而相應(yīng)地增大，開關(guān)狀態(tài)也發(fā)生變化。
7．外測液位開關(guān)
外測液位開關(guān)是一種利用“變頻超聲波技術(shù)”實現(xiàn)的非接觸式液位開關(guān)，在各種液體的液體檢測中應(yīng)用廣泛。其測量探頭安裝在容器外壁上，屬于一種從罐外檢測液位的完全非接觸檢測儀表。儀表測量探頭發(fā)射超聲波，并檢測其在容器壁中的余振信號，當(dāng)液體漫過探頭時，此余振信號的幅值會變小，這個改變被儀表檢測到后輸出一個開關(guān)信號，達到液位報警的目的。
8．電子式液位開關(guān)
電子式液位開關(guān)的工作電壓是DC 5～24V，通過內(nèi)置電子探頭對液位進行檢測，再由芯片對檢測到的信號進行處理，當(dāng)被測液體的液位到達動作點時，輸出DC 5～24V，可以直接與PLC配合使用或者與控制板配合使用，從而實現(xiàn)對液位的控制。
9．電極式液位開關(guān)
電極式液位開關(guān)是利用液體的導(dǎo)電性來監(jiān)測液位的高低，解釋接觸到棒極，便會導(dǎo)電從而輸出報警信號。該液位開關(guān)可多點控制，控制位置由客戶需求而定，具有突破保護功能，可有效防止突波干擾，不過電極式液位開關(guān)僅適用于導(dǎo)電液體，且液體不能有揮發(fā)性。
10．光電液位開關(guān)
光電液位開關(guān)利用光線的折射及反射原理工作，當(dāng)使用紅外線探測時，光線在兩種不同介質(zhì)的分界面將產(chǎn)生反射或折射現(xiàn)象。當(dāng)被測液體處于高位時則被測液體與光電開關(guān)形成一種分界面，當(dāng)被測液體處于低位時，則空氣與光電開關(guān)形成另一種分界面，這兩種分界面使光電開關(guān)內(nèi)部光接收晶體所接收的反射光強度不同，即對應(yīng)兩種不同的開關(guān)狀態(tài)。
在實際應(yīng)用中，為能將音叉伸到罐內(nèi)，通常使用法蘭或者帶螺紋的工藝接頭將音叉液位開關(guān)安裝在罐體的側(cè)面或頂部。
2．浮球液位開關(guān)
浮球液位開關(guān)的結(jié)構(gòu)是基于浮力和靜磁場原理設(shè)計的，帶有磁體的浮球（簡稱浮球）在被測介質(zhì)中的位置受浮力作用影響，液位的變化會導(dǎo)致磁性浮子位置的變化。浮球中的磁體和傳感器（磁簧開關(guān)）作用，產(chǎn)生開關(guān)信號。
3．超聲波液位開關(guān)
利用超聲波在空氣和液體中的傳播特性來檢測液體的液位。由于換能器表面材料的聲阻抗(聲阻抗Z=密度ρ*聲速C)與空氣的聲阻抗相差巨大，聲波在空氣中的發(fā)射、接收困難；而且聲波在氣體中傳播時的衰減也比液體中大得多，因此，聲波在空氣中傳播時幾乎沒有信號，但在液體中傳播的信號卻很強。通過檢測聲波接收信號的大小或強度可以用來檢測液位。
4．阻旋式液位開關(guān)
物料對旋轉(zhuǎn)葉片的阻旋作用，使開關(guān)的過負載檢測器動作，繼電器發(fā)出通、斷開關(guān)式信號，從而使外接控制電路發(fā)出報警信號，同時控制給料機。當(dāng)開關(guān)作為高位控制時，在物料觸及葉片的情況下，開關(guān)發(fā)出報警信號，同時停止給料機。當(dāng)開關(guān)作為低位控制時，在物料離開葉片的情況下，開關(guān)發(fā)出報警信號，同時啟動給料機。
5．射頻導(dǎo)納液位開關(guān)
射頻導(dǎo)納物位控制技術(shù)是一種從電容式物位控制技術(shù)發(fā)展起來的，防掛料、更可靠、更準(zhǔn)確、適用性更廣的物位控制技術(shù)，“射頻導(dǎo)納”中“導(dǎo)納”的含義為電學(xué)中阻抗的倒數(shù)，它由阻性成分、容性成分、感性成分綜合而成，而“射頻”即高頻，所以射頻導(dǎo)納技術(shù)可以理解為用高頻測量導(dǎo)納。
高頻正弦振蕩器輸出一個穩(wěn)定的測量信號源，利用電橋原理，以精確測量安裝在待測容器中的傳感器上的導(dǎo)納，在直接作用模式下，儀表的輸出隨物位的升高而增加。
射頻導(dǎo)納技術(shù)與傳統(tǒng)電容技術(shù)的區(qū)別在于測量參量的多樣性、驅(qū)動三端屏蔽技術(shù)和增加的兩個重要的電路。射頻導(dǎo)納技術(shù)由于引入了除電容以外的測量參量，尤其是電阻參量，使得儀表測量信號信噪比上升，大幅度地提高了儀表的分辨力、準(zhǔn)確性和可靠性、測量參量的多樣性，也有力地拓展了儀表的應(yīng)用范圍。
6．電容式液位開關(guān)
電容式液位開關(guān)是根據(jù)固體物料的物位高低變化導(dǎo)致探頭被覆蓋區(qū)域大小發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電容值發(fā)生變化，探頭與罐壁（導(dǎo)電材料制成）構(gòu)成一個電容。當(dāng)探頭處于空氣中時，測量到的是一個小數(shù)值的初始電容值。當(dāng)罐體中有物料注入時，電容值將隨探頭被物料所覆蓋區(qū)域面積的增加而相應(yīng)地增大，開關(guān)狀態(tài)也發(fā)生變化。
7．外測液位開關(guān)
外測液位開關(guān)是一種利用“變頻超聲波技術(shù)”實現(xiàn)的非接觸式液位開關(guān)，在各種液體的液體檢測中應(yīng)用廣泛。其測量探頭安裝在容器外壁上，屬于一種從罐外檢測液位的完全非接觸檢測儀表。儀表測量探頭發(fā)射超聲波，并檢測其在容器壁中的余振信號，當(dāng)液體漫過探頭時，此余振信號的幅值會變小，這個改變被儀表檢測到后輸出一個開關(guān)信號，達到液位報警的目的。
8．電子式液位開關(guān)
電子式液位開關(guān)的工作電壓是DC 5～24V，通過內(nèi)置電子探頭對液位進行檢測，再由芯片對檢測到的信號進行處理，當(dāng)被測液體的液位到達動作點時，輸出DC 5～24V，可以直接與PLC配合使用或者與控制板配合使用，從而實現(xiàn)對液位的控制。
9．電極式液位開關(guān)
電極式液位開關(guān)是利用液體的導(dǎo)電性來監(jiān)測液位的高低，解釋接觸到棒極，便會導(dǎo)電從而輸出報警信號。該液位開關(guān)可多點控制，控制位置由客戶需求而定，具有突破保護功能，可有效防止突波干擾，不過電極式液位開關(guān)僅適用于導(dǎo)電液體，且液體不能有揮發(fā)性。
10．光電液位開關(guān)
光電液位開關(guān)利用光線的折射及反射原理工作，當(dāng)使用紅外線探測時，光線在兩種不同介質(zhì)的分界面將產(chǎn)生反射或折射現(xiàn)象。當(dāng)被測液體處于高位時則被測液體與光電開關(guān)形成一種分界面，當(dāng)被測液體處于低位時，則空氣與光電開關(guān)形成另一種分界面，這兩種分界面使光電開關(guān)內(nèi)部光接收晶體所接收的反射光強度不同，即對應(yīng)兩種不同的開關(guān)狀態(tài)。
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